專利名稱：電子式保護(hù)用供電電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種為電子式控制器供電用電流互感器，特別是給低壓斷路器的電子脫扣器(ETU)供電用的電流互感器。
背景技術(shù)：
低壓斷路器的電子式控制裝置如電子脫扣器需要電力供應(yīng)，一般是利用斷路器自身所帶的電流互感器從一次主回路汲取能量，電能來自于流過一次穿芯導(dǎo)體的電流，電流互感器二次線圈中的感應(yīng)電流供應(yīng)給電子脫扣器工作。當(dāng)前，低壓斷路器用電子式控制器功能越來越強(qiáng)大，致使電子式控制器自身消耗功率也越來越大。而與此同時(shí)，隨著保護(hù)功能的完善，卻要求電子式控制器的保護(hù)啟動(dòng)點(diǎn)越來越低。根據(jù)2009年10月1日實(shí)施的我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T22710-2008《低壓斷路器用電子式控制器》的要求，在無輔助電源的情況下，主電路所有相電流不小于0.4Inan為額定電流)時(shí)，控制器應(yīng)能可靠工作，且必須能實(shí)現(xiàn)基本保護(hù)功能。而美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《ANSI Std C37. 17-1997》則要求，控制器必須能在無外接輔助電源的情況下完成過載和接地故障保護(hù)功能。就接地保護(hù)功能而言，保護(hù)電流整定值為0. 21η lln，即要求一次主電路三相電流最小整定到0. 21η或單相0. 41η時(shí)，控制器供電用互感器的二次輸出足夠大到能使得控制器可靠工作，且必須能實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)功能。因此，電子式控制器用供電電流互感器的設(shè)計(jì)必須滿足控制器的上述操作條件。也就是說，一方面，一次電流越小控制器所能保護(hù)的范圍越寬，另一方面，當(dāng)一次電流如上所述足夠小的情況下，又要求互感器能輸出足夠大的二次電流。同時(shí)，我們知道，供電用電流互感器一般為帶鐵芯的電流互感器。在一定范圍內(nèi)， 鐵芯互感器的輸入和輸出基本是成線性的，其二次電流是隨一次電流的變化而變化的。當(dāng)一次電流達(dá)到其正常啟動(dòng)電流后，電流互感器此時(shí)所感生的能量足以維持控制器的可靠工作，即控制器的功耗是一定的，而當(dāng)一次電流再增大時(shí)，給電子式控制器供電的電流互感器所感應(yīng)產(chǎn)生的能量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子式控制器正常工作所需的能量，需要將多余的能量通過其他方式予以消耗掉，這勢(shì)必需增加額外的耗能裝置。因此，在電流互感器的二次輸出滿足控制器工作所需后，如何在一個(gè)從常態(tài)到非常態(tài)的非常寬的一次電流范圍內(nèi)獲得一個(gè)盡可能穩(wěn)定而非不斷增長(zhǎng)的二次電流輸出，是這類電流互感器(通常稱之為自生電源)面臨的另一大矛盾。長(zhǎng)期以來，人們尚未找到一個(gè)理想的方案來同時(shí)滿意地解決以上兩方面的矛盾。其難處不僅涉及到結(jié)構(gòu)方案問題，而且還涉及到結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化匹配問題。人們應(yīng)用電磁學(xué)原理已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一些電流互感器磁分路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這些主磁路+分磁路+氣隙方案歸納起來大概有以下兩種。一種方案如美國(guó)專利US57^846A和中國(guó)專利CN200110176191，其中主磁路和分磁路不是兩個(gè)獨(dú)立的磁路，氣隙設(shè)置在分磁路中， 中國(guó)專利CN20010176191與美國(guó)專利US57^846A之間的區(qū)別是，前者的氣隙厚度可變，而后者的氣隙厚度固定。另一種方案如中國(guó)專利CN1637968. B，其中第一磁路和第二磁路是兩個(gè)獨(dú)立的各自成封閉環(huán)形的獨(dú)立磁路，第一磁路與第二磁路操作連接，使得第二磁路在第一磁路主磁通量通過次級(jí)線圈的所述的芯之前吸收一定比例的主磁通量。上述現(xiàn)有技術(shù)存在的共同缺陷是不能同時(shí)滿足兩個(gè)使用要求一是一次電流在0. 21η的足夠小的情況下必需滿足控制器正常啟動(dòng)工作的要求；二是一次電流在大于IIn的足夠大(特別是在一次電流為過載電流或短路電流)的情況下，二次電流仍能保持穩(wěn)定輸出，且能保證控制器的正常工作。在上述現(xiàn)有技術(shù)中，可變氣隙的方案雖然從原理上看似乎對(duì)解決上述問題有益，但由于參數(shù)匹配和可變氣隙的變化精度、響應(yīng)速度等多種因素，使該設(shè)計(jì)尚停留在理想化但不能達(dá)到理想效果的不實(shí)用狀態(tài)，而且反而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配調(diào)試?yán)щy等新的問題發(fā)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)顧此失彼的缺陷，提供一種電子式控制器用的供電電流互感器，它既能在主電路一次電流增大超過額定電流1. OIn時(shí)保持二次電流穩(wěn)定輸出，又能在一次電流出現(xiàn)過載、短路電流時(shí)，鐵芯的溫升低，從而提高了產(chǎn)品的使用壽命和安全可靠性。本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種電子式控制器用的供電電流互感器，它在主電路一次電流不小于0. 21η時(shí)，所輸出的二次電流能滿足電子式控制器正常工作的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案。一種電子式控制器用供電電流互感器，包括相互獨(dú)立的第一鐵芯磁路11和第二鐵芯磁路41，第一鐵芯磁路11是由U字形鐵芯12和一字形鐵芯13相互連接在一起構(gòu)成的一個(gè)封閉環(huán)路，并且一次穿芯導(dǎo)體21從第一鐵芯磁路11的封閉環(huán)內(nèi)穿過，供電二次線圈31 套裝在第一鐵芯磁路11的一字形鐵芯13上，第二鐵芯磁路41為開口形，第二鐵芯磁路41 與第一鐵芯磁路11的一字形鐵芯13平行設(shè)置，并且第二鐵芯磁路41的開口端與第一鐵芯磁路11之間通過空氣隙71，72耦合。所述的一字形鐵芯13的橫截面的面積小于所述的U 字形鐵芯12的橫截面的面積，以使一字形鐵芯13能比U字形鐵芯12提前進(jìn)入磁飽和。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施方案，所述的U字形鐵芯12的橫截面的面積是一字形鐵芯13的橫截面的面積的1. 2倍至3倍。所述的U字形鐵芯12的中心長(zhǎng)度是一字形鐵芯13的中心線長(zhǎng)度的1. 5倍至4倍，最好所述的第一鐵芯磁路11的U字形鐵芯12和一字形鐵芯13與其環(huán)繞的一次穿芯導(dǎo)體21之間的間隔為2 3mm，以使第一鐵芯磁路11與其環(huán)繞的一次導(dǎo)體21之間具有良好的電氣隔離，同時(shí)使得環(huán)繞一次導(dǎo)體21的第一鐵芯磁路 11的磁路長(zhǎng)度最短。所述的一字形鐵芯13剛進(jìn)入磁飽和時(shí)對(duì)應(yīng)的一次電流I1是一次主電路額定電流h的0. 8倍至1. 2倍。所述的第二鐵芯磁路41與第一鐵芯磁路11共面設(shè)置， 以使第一鐵芯磁路11與第二鐵芯磁路41之間流動(dòng)的磁通保持原來的方向。并且，第二鐵芯磁路41的鐵芯的橫截面的面積等于第一鐵芯磁路11的U字形鐵芯12的橫截面的面積。所述的第二鐵芯磁路41的開口端與第一鐵芯磁路11之間的兩個(gè)空氣隙71，72是固定的空氣隙，它們分別位于一字形鐵芯13與U字形鐵芯12的兩個(gè)相交處，且位于所述的供電二次線圈31的兩側(cè)。所述的兩個(gè)固定空氣隙71，72的厚度為0. Imm至2mm。所述的2 個(gè)固定空氣隙71，72厚度相等，其中分別填有固體的非鐵磁物質(zhì)。根據(jù)本實(shí)用新型提供的又一種電子式控制器用供電電流互感器，包括第一鐵芯磁路11和第二鐵芯磁路41，第一鐵芯磁路11是由U字形鐵芯12和一字形鐵芯13相互連接在一起構(gòu)成的一個(gè)封閉環(huán)路，一次穿芯導(dǎo)體21從該封閉環(huán)內(nèi)穿過，供電二次線圈31套裝在所述一字形鐵芯13上，第二鐵芯磁路41為開口形，它與所述一字形鐵芯13平行設(shè)置，并且第二鐵芯磁路41的開口端與第一鐵芯磁路11之間通過空氣隙71耦合。所述的一字形鐵芯13的橫截面的面積小于所述的U字形鐵芯12的橫截面的面積，以使一字形鐵芯13能比 U字形鐵芯12提前進(jìn)入磁飽和。所述的U字形鐵芯12的中心長(zhǎng)度是一字形鐵芯13的中心線長(zhǎng)度的1. 5倍至4倍，以使第一鐵芯磁路11與其環(huán)繞的一次導(dǎo)體21之間具有良好的電氣隔離，同時(shí)使得環(huán)繞一次導(dǎo)體21的第一鐵芯磁路11的磁路長(zhǎng)度最短。所述的第二鐵芯磁路41的開口端并聯(lián)連接在位于供電二次線圈31 —側(cè)的一字形鐵芯13與U字形鐵芯12 的相交處，第二鐵芯磁路41的另一端通過一個(gè)固定空氣隙71耦合在位于供電二次線圈31 另一側(cè)的一字形鐵芯13與U字形鐵芯12的相交處。本實(shí)用新型的供電用電流互感器根據(jù)一次電流大小設(shè)計(jì)，當(dāng)穿過互感器的一次電流增大后，通過第二磁路分流部分主磁通，從而達(dá)到平緩供電二次線圈電流輸出曲線的目的。而且，由于本實(shí)用新型的主磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使主磁路長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于現(xiàn)有技術(shù)，磁路越短， 磁阻越小，在初級(jí)電流不大的情況下，本實(shí)用新型能在一次電流較小時(shí)，獲得較大的供電二次線圈電流輸出，滿足電子式控制器的正常工作。本實(shí)用新型按所建1600A互感器模型已通過電磁場(chǎng)仿真驗(yàn)證其原理，仿真結(jié)果表明在一次電流足夠小的情況下，本實(shí)用新型模型輸出的二次電流可以使電子脫扣器獲得比現(xiàn)有技術(shù)寬得多的保護(hù)范圍，在無輔助電源的情況下，一次主電路所有相電流不小于0. 41η時(shí)或三相電流不小于0. 2In即320A時(shí)，二次供電線圈輸出100mA，已遠(yuǎn)達(dá)到電子式控制器的啟動(dòng)工作點(diǎn)。而且，當(dāng)一次電流達(dá)到51η即 8000A左右時(shí)，二次供電線圈輸出500mA，限制二次供電線圈輸出效果明顯。證明了本實(shí)用新型裝置具有更佳的供電輸出能力，提高了電流互感器供電輸出的整體性能，保證電子式控制器正常工作而無須額外增加耗能裝置。

圖1是本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2至圖4是本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器的第一實(shí)施例工作原理示意圖。圖5是本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實(shí)用新型的電流互感器采用不等截面與等截面對(duì)比實(shí)驗(yàn)效果曲線圖，位于上面的曲線代表具有等截面第一鐵芯磁路的電流互感器的效果。下面的曲線是在一字形鐵芯13的橫截面的面積略小于U字形鐵芯12的橫截面的面積的條件下作出的，代表本實(shí)用新型不等截面第一鐵芯磁路的效果。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器的第一實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器包括一個(gè)封閉環(huán)形的獨(dú)立的第一鐵芯磁路11、一個(gè)U形的獨(dú)立的第二鐵芯磁路41、一個(gè)繞在第一鐵芯磁路11上的供電二次線圈 31。在圖1所示的實(shí)施例中，標(biāo)號(hào)12為沖制好的“U”形鐵芯，13為“一”字鐵芯，第一鐵芯
6磁路11由U字形鐵芯12和一字形鐵芯13連接組成，通過連接使得U字形鐵芯12和一字形鐵芯13成為一體。本實(shí)用新型的供電電流互感器由塑料外殼固定、封裝，外殼上開有用于一次穿芯導(dǎo)體21穿過的通槽，并且該通槽與所穿過的一次穿芯導(dǎo)體21緊密配合，第一鐵芯磁路11套在一次穿芯導(dǎo)體21外，允許一次穿芯導(dǎo)體21從環(huán)繞它的第一鐵芯磁路11的封閉環(huán)內(nèi)穿過，一次穿芯導(dǎo)體21構(gòu)成第一鐵芯磁路11的一次線圈。供電二次線圈31由繞于線圈骨架32上的漆泡線包33構(gòu)成，它套裝在第一鐵芯磁路11的一字形鐵芯13部分上， 這種套裝是在一字形鐵芯13與U字形鐵芯12連接前完成的。先分別將“U”字形、“一”字沖片疊片鉚緊或焊接牢固后，裝配好線圈31，再將兩者拼裝成圍繞一次穿芯導(dǎo)體21的閉合形狀，接縫處焊接牢固，形成獨(dú)立的第一鐵芯磁路11，用塑料外殼定位和封裝互感器。如圖1-4所示，第二鐵芯磁路41為一沖制好的短“U”形鐵芯，具有與第一鐵芯磁路不同的磁導(dǎo)率，所述的第二鐵芯磁路41位于第一鐵芯磁路11的“一”字硅鋼一側(cè)，它靠近第一鐵芯磁路11上裝有供電二次線圈31的一側(cè)，其開口的兩端位于所述供電二次線圈31 的兩側(cè)，并且呈U字形的第二鐵芯磁路41與第一鐵芯磁路11之間保持有兩個(gè)間隙，這兩個(gè)固定空氣隙71，72分別位于所述的供電二次線圈31的兩側(cè)，更確切地說，兩個(gè)固定空氣隙 71，72分別位于所述的第一鐵芯磁路11的一字形鐵芯13與U字形鐵芯12的兩個(gè)相交處， 第二鐵芯磁路41的兩端通過兩個(gè)固定空氣隙71，72與第一鐵芯磁路11這樣耦合，使得由一次穿芯導(dǎo)體21內(nèi)流過的一次電流導(dǎo)致U字形鐵芯12內(nèi)的主磁通按照?qǐng)D2至圖4所示的原理流動(dòng)。當(dāng)流過一次導(dǎo)體21的電流為低數(shù)值時(shí)，磁通主要經(jīng)過繞有二次供電繞組的第一鐵芯磁路。在高電流時(shí)，磁感應(yīng)增強(qiáng)，磁通的大部分經(jīng)過所述的兩個(gè)氣隙通過由第二鐵芯磁路構(gòu)成的分磁路。本實(shí)用新型的電流互感器通過非線性電流特性曲線限制了剩余功率提供到控制器電子電路和消耗在互感器上。上面所說的耦合，是指第一鐵芯磁路11與第二鐵芯磁路41之間互不接觸，或者說它們之間通過固定空氣隙71，72隔著，為了按需限制二次供電線圈31的輸出，它們之間存在有條件的氣隙磁路的變化關(guān)系。具體說，在主磁通較小的情況下，從第一鐵芯磁路11流到第二鐵芯磁路41中的磁通極小，小到完全可以忽略不計(jì)的程度，只有在主磁通較大時(shí)， 才會(huì)有部分主磁通明顯地從第一鐵芯磁路11流入第二鐵芯磁路41所形成的磁并聯(lián)路徑。 本實(shí)用新型的第一鐵芯磁路11的一字形鐵芯13的橫截面的面積小于U字形鐵芯12的橫截面的面積，以使一字形鐵芯13內(nèi)的磁通密度高于U字形鐵芯12內(nèi)的磁通密度，從而使得在主磁通達(dá)到一定值時(shí)，一字形鐵芯13比U字形鐵芯12提前進(jìn)入磁飽和。由電磁學(xué)理論可得U字形鐵芯12內(nèi)流動(dòng)的主磁通與一次穿芯導(dǎo)體21內(nèi)流過的一次電流有關(guān)，而供電二次線圈31輸出的二次電流與一字形鐵芯13內(nèi)流過的磁通有關(guān)。在一字形鐵芯13和U字形鐵芯12都處于非磁飽和階段時(shí)，一次電流與二次電流之比值是定值；而在一字形鐵芯13 處于磁飽和狀態(tài)且U字形鐵芯未處于磁飽和狀態(tài)的階段，則一次電流與二次電流之比值不是定值，具體說，一次電流的增大不會(huì)導(dǎo)致已處于磁飽和的一字形鐵芯13的磁通增加，從而不會(huì)使供電二次線圈31內(nèi)感應(yīng)到的二次電流隨之加大。因此，一字形鐵芯13橫截面的面積小于U字形鐵芯12的橫截面的面積的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了一字形鐵芯13比U字形鐵芯12先進(jìn)入磁飽和，而一字形鐵芯13進(jìn)入磁飽和后的磁通不再受一次電流的增大而增大，亦即使得二次電流不再受一次電流的增大而增大，從而使得二次電流保持穩(wěn)定。由于固定空氣隙 71,72的磁導(dǎo)率很小，而第一鐵芯磁路11和第二鐵芯磁路41的磁導(dǎo)率很大，所以在主磁通不超過設(shè)定值時(shí)，第一鐵芯磁路11內(nèi)的主磁通不會(huì)大量地越過固定空隙71，72而進(jìn)入第二鐵芯磁路41，而這個(gè)設(shè)定值取決于固定空氣隙71，72的厚度。根據(jù)產(chǎn)品的不同要求，調(diào)整固定空氣隙(71，72)的厚度，便可獲得理想的設(shè)定值。本實(shí)用新型的固定空氣隙71，72 的技術(shù)特征和一字形鐵芯13的橫截面的截面積小于U字形鐵芯12的橫截面的面積的技術(shù)特點(diǎn)的組合，使得本實(shí)用新型的電流互感器具有以下三級(jí)穩(wěn)定二次電流的效果第二鐵芯磁路41分流磁通、一字形鐵芯13磁飽和平抑二次電流、U字形鐵芯12磁飽和平抑主磁通。而現(xiàn)有技術(shù)的電流互感器最多只有以下兩級(jí)穩(wěn)定二次電流的效果第二磁路(或分磁路)分流主磁通、第一磁路(或主磁路)飽和平抑主磁通。由于本實(shí)用新型的具有三級(jí)穩(wěn)定二次電流的功能，所以可產(chǎn)生以下顯著效果降低啟動(dòng)電流值，即在較小的一次電流(如 0. 21η)的情況下，二次電流的輸出就能滿足控制器可靠工作的要求；在較寬的正常的一次電流范圍(如0.21η ^i)內(nèi)都能獲得二次電流的理想穩(wěn)定輸出；在一次電流超過額定電流的情況下，能維持控制器正常工作，并保證互感器、控制器不被損壞。將本實(shí)用新型的上述技術(shù)特征所產(chǎn)生的三級(jí)穩(wěn)定二次電流的功能，與現(xiàn)有技術(shù)的二級(jí)穩(wěn)定二次電流的功能相比，其主要區(qū)別在于以下兩點(diǎn)本實(shí)用新型的互感器第一鐵芯磁路的設(shè)計(jì)，保證了當(dāng)一次回路電流較小(如0.21η)時(shí)獲得能滿足控制器可靠工作要求的較大的二次供電線圈輸出，而現(xiàn)有技術(shù)不能；本實(shí)用新型的互感器能在較寬的正常的一次電流范圍(如0.2 IIn)內(nèi)都能獲得二次電流的理想的穩(wěn)定輸出，而現(xiàn)有技術(shù)不能，只能在較窄的正常的一次電流范圍(如0. 41η IIn)內(nèi)才能保證二次電流的理想的穩(wěn)定輸出。從上描述可見，圖1所述的實(shí)施例一的2個(gè)固定空氣隙71，72分別位于一字鐵芯 13與U字形鐵芯12的相交處，這是一個(gè)優(yōu)選的方案，其優(yōu)點(diǎn)是，U字形鐵芯12的主磁通可直接分流到第二鐵芯磁路41，這個(gè)分流不經(jīng)過一字形鐵芯13，所以它所分流的磁通量不會(huì)受一字形鐵芯13的磁飽和限制，相反，在一字形鐵芯13越趨于磁飽和狀態(tài)，則第二鐵芯磁路41所分流的磁通越多。當(dāng)然，如果固定空氣隙71，72設(shè)置在遠(yuǎn)離所述的相交處，不管它們?cè)O(shè)置在一字形鐵芯13 —側(cè)或U字形鐵芯12 —側(cè)，都會(huì)影響第二鐵芯磁路41分流磁通的效果。圖5是本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖， 展示了一種第一實(shí)施方式的主磁路和分磁路的變換方式。如圖5和圖1所示，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例之間的區(qū)別在于，本實(shí)施例取消了一個(gè)固定空氣隙，只包括一個(gè)固定空氣隙 71，而且主磁路和分磁路的一端是連續(xù)的，鐵芯硅鋼沖片方式也因此不同。如圖5所示，本實(shí)用新型的一種電子控制器用供電流互感器包括一個(gè)由U字形鐵芯12和一個(gè)一字形鐵芯 13連接組成的封閉環(huán)形的第一鐵芯磁路11、一個(gè)U形的第二鐵芯磁路41、一個(gè)供電二次線圈31，一次穿芯導(dǎo)體21從第一鐵芯磁路11的封閉環(huán)內(nèi)穿過，供電二次線圈31套裝在一字形鐵芯13上。所述的一字形鐵芯13的橫截面的面積小于U字形鐵芯12的橫截面的面積， 以使一字形鐵芯13能比U字形鐵芯12提前進(jìn)入磁飽和。第二鐵芯磁路41的一端并聯(lián)連接在供電二次線圈31 —側(cè)的一字形鐵芯13與U字形鐵芯12的相交處，第二鐵芯磁路41 的另一端是開口端，它通過1個(gè)固定空氣隙71耦合在供電二次線圈31的另一側(cè)的一字形鐵芯13與U字形鐵芯12的相交處。這里所述的并聯(lián)連接，是指將第二鐵芯磁路41的一端、一字形鐵芯13的一端、U字形鐵芯12的一端均固定連接在一起，而且這種連接使得磁通在第二鐵芯磁路41、一字形鐵芯13、U字形鐵芯12之間能正常流動(dòng)。有關(guān)上述第二實(shí)施
8例的相關(guān)術(shù)語與上述第一實(shí)施例的相關(guān)術(shù)語通用，所以在此對(duì)第二實(shí)施例的與第一實(shí)施例相同的相關(guān)術(shù)語不再作重復(fù)的進(jìn)一步描述。第一實(shí)施例的固定空氣隙71，72是在第一鐵芯磁路11和第二鐵芯磁路41的裝配過程中形成的，而第二實(shí)施例的固定空氣隙71是在第一鐵芯磁11和第二鐵芯磁路41的固定連接過程中形成的，這種區(qū)別會(huì)導(dǎo)致本實(shí)用新型的第二實(shí)施例與第一實(shí)施例在生產(chǎn)工藝有所區(qū)別。第一實(shí)施例在兩個(gè)磁路之間為2個(gè)固定空氣隙，而第二實(shí)施例只有一個(gè)固定空隙，這種區(qū)別會(huì)導(dǎo)致二次電流輸出曲線有所差異，這種不同可選配不同型號(hào)的產(chǎn)品，本實(shí)施例的氣隙大小更方便保證，加工、裝配工藝上更好控制。。下面結(jié)合圖2至圖4進(jìn)一步描述本實(shí)用新型電流互感器的工作原理。為了便于描述，將啟動(dòng)電流(能滿足控制器可靠工作的最小一次電流)定義為Itl，一字形鐵芯13剛進(jìn)入磁飽和時(shí)所對(duì)應(yīng)的一次電流定義為I1,U字形鐵芯12剛進(jìn)入磁飽和時(shí)所對(duì)應(yīng)的一次電流定義為I2，一次額定電流為In，實(shí)際狀態(tài)下的一次電流定義為I。圖2所示的是互感器一次電流I處于小電流區(qū)的磁通分配情況，在此狀態(tài)下的第二鐵芯磁路41基本不分流磁通，主磁通基本都從一字形鐵芯13內(nèi)流過，處于小電流區(qū)的一次電流I至少大于Itl,以確保二次電流能盡快到達(dá)滿足控制器可靠工作的程度，并且處于小電流區(qū)的一次電流I不能超過I1, 因?yàn)镮越接近I1，則第二鐵芯磁路41分流磁通的趨勢(shì)越強(qiáng)烈。通過設(shè)定理想的固定空氣隙 71,72的厚度，可設(shè)定第二鐵芯磁路41明顯分流磁通的起點(diǎn)，該起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一次電流Ia應(yīng)滿足以下條件=IciCIaSIp由此可見，在設(shè)定I A< I1的條件下，便實(shí)現(xiàn)了由第二鐵芯磁路41分流磁通所產(chǎn)生的第一級(jí)穩(wěn)定二次電流的功能。據(jù)實(shí)驗(yàn)所得，當(dāng)兩個(gè)固定空氣隙71， 72分別設(shè)定在0. Imm至2mm范圍內(nèi)，便可獲得理想的I A。圖3所示是處于常態(tài)負(fù)載電流區(qū)的一次電流I情況下的磁通分配情況；在此狀態(tài)下的第二鐵芯磁路41分流磁通，U字形鐵芯12中的主磁通不僅從一字形鐵芯13流過，而且還從第二鐵芯磁路4流過。通過合理設(shè)定一字形鐵芯13與U字形鐵芯12的橫截面的面積比，便可設(shè)定一字形鐵芯13剛進(jìn)入磁飽和的起點(diǎn)I1,理想的I1的設(shè)定應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件=I1 > IA，且0. SIn彡I1彡1. 21 η。當(dāng)I1 過于小于額定電流h時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在正常負(fù)荷下第二鐵芯磁路41分流磁通過多、使互感器耗能過大；反之，當(dāng)I1大于額定電流h過多時(shí)，由一字形鐵芯13磁飽和所提供的第二級(jí)平抑穩(wěn)定二次電流的功能滯后并變?nèi)酢Ｉ暾?qǐng)人根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得當(dāng)I1設(shè)定為控制器電流的額定電流h的0. 8倍至1. 2倍時(shí)，也就是I1設(shè)在額定電流h的附近時(shí)，可獲得理想的效果。另外根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得，U字形鐵芯12的橫截面的面積是一字形鐵芯13的橫截面的面積的1. 2倍至 3倍時(shí)，可獲得理想的Ip通過上述參數(shù)設(shè)定匹配，可在一次電流較大的情況下(甚至在超過額定電流的情況下)能獲得理想的二次電流的穩(wěn)定輸出。如圖4所示，在一次電流過大 (出現(xiàn)過載電流或短路電流)的情況下，U字形鐵芯12進(jìn)入磁飽和，第二鐵芯磁路41分流大部分磁通，從而不管一次電流如何大，該磁飽和導(dǎo)致主磁通不再增加，一字形鐵芯13內(nèi)的磁通和第二鐵芯磁路41內(nèi)的磁通都趨于穩(wěn)定，該穩(wěn)定不僅保證了二次電流輸出的穩(wěn)定， 而且還保護(hù)電流互感器及控制器不被損壞，互感器起到了平抑主磁通的第三級(jí)穩(wěn)定二次電流的功能。如圖1所示，第一實(shí)施例的2個(gè)固定空氣隙71，72的厚度相等，這是一種優(yōu)選的方案，其優(yōu)點(diǎn)是便于參數(shù)匹配設(shè)計(jì)。但本實(shí)用新型的電流互感器的2個(gè)固定空氣隙的厚度也可以不等厚，不等厚的情況屬第一實(shí)施例可替代的方案。如果在固定空氣隙71和/或72 中填充固體的非鐵磁物質(zhì)(如塑料片)，可獲得與不填固體的非鐵磁物質(zhì)相同的效果，但填有固體的非鐵磁物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是可使固定空氣隙71，72的厚度獲得較高的裝配精度，同時(shí)在裝配后可保持良好的穩(wěn)定性。如圖1所示，所述的第二鐵芯磁路41與第一鐵芯磁路11共面設(shè)置，這里共面設(shè)置是指第一鐵芯磁路11與第二鐵芯磁路41處在同一平面內(nèi)，第一鐵芯磁路11內(nèi)流動(dòng)的磁通與第二鐵芯磁路41內(nèi)流動(dòng)的磁通在同一平面內(nèi)，這樣設(shè)置才有可能使得第一鐵芯磁路11 與第二鐵芯磁路41之間流動(dòng)的磁通的方向保持原來的方向不變，即第一鐵芯磁路11的磁通通過固定空氣隙流入到第二鐵芯磁路41的過程中不改變方向，第二鐵芯磁路41的磁通通過固定空氣隙流入第一鐵芯磁路11的過程中不改變方向。當(dāng)然如在互感器整體設(shè)計(jì)中有需要改變上述優(yōu)選的共面設(shè)置的結(jié)構(gòu)方案也是可以的。為了確保在過大電流情況下第二鐵芯磁路41能理想地分流磁通，所以第二鐵芯磁路41的橫截面的面積不宜過小，為使第二鐵芯磁路41始終不會(huì)先于U字形鐵芯12進(jìn)入磁飽和，理想的匹配是第二鐵芯磁路41的鐵芯的橫截面的面積等于U字形鐵芯12的橫截面的面積。因此，如圖1所示的實(shí)施例，第二鐵芯磁路41的橫截面的面積，至少應(yīng)大于等于一字形鐵芯磁路13的橫截面的截面積。根據(jù)電磁學(xué)磁路定理可知，U字形鐵芯12的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，該磁阻越大，越不利于降低啟動(dòng)電流Ιο。本實(shí)用新型為得到更小的第一鐵芯磁路磁阻，以保證當(dāng)一次回路電流較小時(shí)獲得較大的二次供電線圈輸出，第一鐵芯磁路11與一次穿芯母排21之間的間隔采用緊湊化設(shè)計(jì)，以第一鐵芯磁路長(zhǎng)度L最短為原則。第一鐵芯磁路設(shè)計(jì)上理想的匹配是U字形鐵芯 12的中心線長(zhǎng)度為一字形鐵芯13的中心線長(zhǎng)度的1. 5倍至4倍，使得第一鐵芯磁路與其環(huán)繞的一次導(dǎo)體之間具有良好的電氣隔離，同時(shí)使得環(huán)繞一次導(dǎo)體21的第一鐵芯磁路11的磁路長(zhǎng)度最短。優(yōu)選將一次穿芯導(dǎo)體21與封裝在外殼內(nèi)的第一鐵芯磁路11之間的固定間隔設(shè)置為2 3mm。一字形鐵芯13的長(zhǎng)度越短越好，便于產(chǎn)品的小形化設(shè)計(jì)，但它因受供電二次線圈31的限制不能做得太小。U字形鐵芯12的長(zhǎng)度也是越短越好，但受一字形鐵芯13的長(zhǎng)度制約不可能做得太小。當(dāng)U字形鐵芯12的中心線長(zhǎng)度是一字形鐵芯13的中心線長(zhǎng)度的1. 5倍至4倍時(shí)，能在兼顧各方面制約的條件下使得第一鐵芯磁路的長(zhǎng)度滿足較短的優(yōu)化要求。同時(shí)，本實(shí)用新型優(yōu)選鐵芯截面尺寸，磁路為獨(dú)立封閉無氣隙磁路，鐵芯材料采用初始磁導(dǎo)率高的材料，從而只需更小的勵(lì)磁電流Lii就能建立一定的工作磁通Φ， 從而得到相對(duì)較大的二次電流輸出。圖6是本實(shí)用新型的電子式控制器供電用電流互感器采用不等截面與等截面對(duì)比效果曲線圖。圖中橫坐標(biāo)為互感器一次穿芯母排一次電流輸入量，縱坐標(biāo)為帶控制器做為負(fù)載的互感器二次電流輸出量。曲線1是在一字形鐵芯13的橫截面的面積等于U字形鐵芯12的橫截面的面積的條件下作出的，代表具有等截面第一鐵芯磁路的電流互感器的效果。曲線2是在一字形鐵芯13的橫截面的面積小于U字形鐵芯12的橫截面的面積的條件下作出的，代表本實(shí)用新型不等截面第一鐵芯磁路的效果。由圖6及所附數(shù)據(jù)可以看出， 在一次電流較小的情況下，曲線1與曲線2基本一致，而當(dāng)一次電流增大時(shí)，工作磁通Φ也隨之增大，穿越二次供電線圈的鐵芯13因截面較其余三邊鐵芯12要小，因此其磁通密度B 更高，更容易飽和。當(dāng)其飽和后，因?qū)Т盘匦宰儾?，更多的磁通將選擇從與之并聯(lián)的第二磁路41通過。參見圖6，在一次電流變大后，不等截面的輸出明顯低于等截面輸出，且曲線2 比曲線1平滑很多，說明一字形鐵芯13的橫截面的面積小于U字形鐵芯12的橫截面的面積的技術(shù)特征對(duì)抑制二次電流輸出較快增長(zhǎng)的作用明顯，三級(jí)穩(wěn)定二次電流的功能強(qiáng)大， 能在較寬的一次電流范圍內(nèi)都能獲得二次電流的理想穩(wěn)定輸出。而且這種穩(wěn)定輸出為一次小電流的參數(shù)選擇和調(diào)整提供了便利條件。 應(yīng)該理解到的是，上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說明，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的實(shí)用新型創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電子式控制器用供電電流互感器，包括相互獨(dú)立的第一鐵芯磁路(11)和第二鐵芯磁路(41)，第一鐵芯磁路(11)是由U字形鐵芯(12)和一字形鐵芯(13)相互連接在一起構(gòu)成的一個(gè)封閉環(huán)路，并且一次穿芯導(dǎo)體從第一鐵芯磁路(11)的封閉環(huán)內(nèi)穿過，供電二次線圈(31)套裝在第一鐵芯磁路(11)的一字形鐵芯(13)上，第二鐵芯磁路Gl)為開口形，第二鐵芯磁路Gl)與第一鐵芯磁路(11)的一字形鐵芯(13)平行設(shè)置，并且第二鐵芯磁路Gl)的開口端與第一鐵芯磁路(11)之間通過空氣隙(71，72)耦合，其特征在于所述的一字形鐵芯(13)的橫截面的面積小于所述的U字形鐵芯(12)的橫截面的面積，以使一字形鐵芯(13)能比U字形鐵芯(12)提前進(jìn)入磁飽和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的U字形鐵芯(1 的橫截面的面積是一字形鐵芯(1 的橫截面的面積的1.2倍至3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的U字形鐵芯(12)的中心長(zhǎng)度是一字形鐵芯(13)的中心線長(zhǎng)度的1. 5倍至4倍；所述的第一鐵芯磁路(11)的U字形鐵芯(12)和一字形鐵芯(13)與其環(huán)繞的一次穿芯導(dǎo)體之間的間隔為2 3mm ；使得第一鐵芯磁路(11)與其環(huán)繞的一次導(dǎo)體Ql)之間具有良好的電氣隔離，同時(shí)使得環(huán)繞一次導(dǎo)體的第一鐵芯磁路(11)的磁路長(zhǎng)度最短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的一字形鐵芯(1 剛進(jìn)入磁飽和時(shí)對(duì)應(yīng)的一次電流Il是一次主電路額定電流^！的0.8倍至1.2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的第二鐵芯磁路與第一鐵芯磁路(11)共面設(shè)置，以使第一鐵芯磁路(11)與第二鐵芯磁路 (41)之間流動(dòng)的磁通保持原來的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的第二鐵芯磁路Gl)的開口端與第一鐵芯磁路(11)之間的兩個(gè)空氣隙(71，72)是固定的空氣隙，它們分別位于一字形鐵芯(13)與U字形鐵芯(12)的兩個(gè)相交處，且位于所述的供電二次線圈(31)的兩側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子式控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的兩個(gè)固定空氣隙(71，72)的厚度為0. Imm至2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、6或7所述的任意一種電子式控制器用供電電流互感器，其特征在于所述的2個(gè)固定空氣隙(71，72)厚度相等，其中分別填有固體的非鐵磁物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式控制器用供電電流互感器，其特征在于第二鐵芯磁路Gl)的鐵芯的橫截面的面積等于第一鐵芯磁路(11)的U字形鐵芯(12)的橫截面的面積。
10.一種電子式控制器用供電電流互感器，包括第一鐵芯磁路(11)和第二鐵芯磁路 (41)，第一鐵芯磁路(11)是由U字形鐵芯(12)和一字形鐵芯(13)相互連接在一起構(gòu)成的一個(gè)封閉環(huán)路，一次穿芯導(dǎo)體從該封閉環(huán)內(nèi)穿過，供電二次線圈(31)套裝在所述一字形鐵芯(13)上，第二鐵芯磁路Gl)為開口形，它與所述一字形鐵芯(13)平行設(shè)置，并且第二鐵芯磁路Gl)的開口端與第一鐵芯磁路(11)之間通過空氣隙(71)耦合，其特征在于所述的一字形鐵芯(13)的橫截面的面積小于所述的U字形鐵芯(12)的橫截面的面積，以使一字形鐵芯(13)能比U字形鐵芯(12)提前進(jìn)入磁飽和；所述的U字形鐵芯(12)的中心長(zhǎng)度是一字形鐵芯(13)的中心線長(zhǎng)度的1. 5倍至4倍； 所述的第二鐵芯磁路Gl)的開口端并聯(lián)連接在位于供電二次線圈(31) —側(cè)的一字形鐵芯(13)與U字形鐵芯(12)的相交處，第二鐵芯磁路Gl)的另一端通過一個(gè)固定空氣隙 (71)耦合在位于供電二次線圈(31)另一側(cè)的一字形鐵芯(13)與U字形鐵芯(12)的相交處。
專利摘要電子式控制器用供電電流互感器，包括相互獨(dú)立的兩個(gè)鐵芯磁路，第一鐵芯磁路是由U字形鐵芯和一字形鐵芯相互連接構(gòu)成的封閉環(huán)路，一次導(dǎo)體從該封閉環(huán)內(nèi)穿過，供電二次線圈套裝在一字形鐵芯上，開口形的第二鐵芯磁路與第一鐵芯磁路的一字形鐵芯平行設(shè)置，并且第二鐵芯磁路的開口端與第一鐵芯磁路之間通過空氣隙耦合。一字形鐵芯的橫截面的面積小于U字形鐵芯的橫截面的面積，以使一字形鐵芯能比U字形鐵芯提前進(jìn)入磁飽和。U字形鐵芯的中心長(zhǎng)度是一字形鐵芯的中心線長(zhǎng)度的1.5倍至4倍。本實(shí)用新型的電流互感器不僅在一次電流遠(yuǎn)低于額定電流In的情況下即能正常啟動(dòng)工作，并且在一次電流超過額定電流In時(shí)也能達(dá)到抑制平緩二次線圈輸出電流較快增長(zhǎng)的目的。
文檔編號(hào)H01F27/24GK201975250SQ201120009490
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者徐澤亮, 胡應(yīng)龍 申請(qǐng)人:上海諾雅克電氣有限公司